天津市公路养护工程处公路设施养护所 天津 300000
摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，交通基础设施建设也越来越完善。针对交通基础设施精细化与可视化管理的需求，运用融合三维激光扫描、倾斜摄影测量等技术的三维全息影像采集技术，通过室内外、空地一体化的交通基础设施三维场景数据获取与集成，建设全面反映交通基础设施立体信息的三维全息影像空间模型，形成交通基础设施三维全息影像数据采集、融合与管理技术方案，并选择国道命名编号调整交通工作开展应用实践。通过研究和实践，可以证明交通基础设施室内外一体化三维全息影像数据技术，既可为公路网开展交通基础设施三维全息影像数据建设探索技术基础，又能有效扩充天津市交通养护信息服务平台数据内容，为全市交通行业管理、运行监测、应急处置和公众服务提供更强有力的技术支撑，能够进一步提升全市交通地理信息的建设水平。
关键词：三维全息影像；交通基础设施；三维激光扫描；倾斜摄影
引言
在交通投标汇报中，方案介绍部分是评审方、业主关注的重点内容。设计方案专业性较强，若在设计汇报展演中采用传统方式，存在语言描述困难，平面媒体表达又不直观，缺乏真实感，有相当大的局限性。随着计算机图像技术CG(ComputerGraphics)和数字媒体的不断发展，计算机三维动画与实拍影像合成技术得到飞速的进步。三维动画与实拍影像的合成具有视觉表现上的绝对优势，极大丰富了影视作品的创作表现手段。将这一在电影制作上日益普遍，尤以特效片最常使用的技术应用于工程设计领域，能够全方位、多视角直观展示方案优化选择的合理性，可以在项目方案优化评测、方案演示等诸多方面得到广泛应用。
1三维全息影像的原理
三维全息投影设备又叫作全息金字塔，而且工作过程中可以形成影像和视频悬浮在内部空间的立体效果，观众从任一方向都能够看到其立体效果，有着非常强的视觉冲击性，所呈现出来的图像与真实无异。为达到这种效果，则要求四面椎体是透明材料，上面覆盖全息膜，当椎体投射光线时，在衍射原理的作用下，观众便可以看到漂浮的影像以及图形。四棱锥的四面全息膜在光线的衍射作用下可以将光信号汇集起来，最终产生具有真实维度的立体化影像。结合以往的使用经验，三维全息投影的受光面和水平面夹角为45度时效果最好。也能够结合场地空间的实际面积来确定三棱锥的角度，并缩减素材的投射区域，这样才能够使之更好的配合。技术方面的要求是投射源视频背景区域尽量的少出现光线，这样才能够更好的凸显光线信息的主体物。
2三维全息影像技术的应用
2.1实践目标选取
本次研究按照室内外结合的特点，按照2013年国家发展改革委员会印发的《国家公路网规划(2013年-2030年)》，国家公路网由具有全国性和区域性政治、经济、国防意义的干线公路组成，总规模将达到40余万公里。北京、天津、河北三省市结合京津冀协同发展和交通一体化已是大势所趋，率先完成好普通国道的命名编号调整工作，方案设计必须直观。为加快推进该项工作，为社会公众提供更加全面、准确、及时的公路交通出行服务，选取了G102京抚线、G509唐通线的部分路段开展数据采集实践。G102京抚线：调查范围为河北三河界到河北玉田界，全长29公里，与其相交的国省干线共4条，分别为：平宝线、宝武线、喜邦线与蓟州环线。利用局部航空倾斜摄影和便携式三维激光扫描对京哈公路现状进行描绘。同时，G509唐通线：调查范围为河北唐山界到河北香河界，全长45公里。与其相交的国省干线共5条，分别为：唐通线、宝坻环线、平宝线、九园线与宝武线。结合地面激光扫描、便携式激光扫描等多平台、多样化技术手段，电脑进行局部补测的方式进行现场描绘。通过描绘分析确定可以完全利用现状国道，可以对标志进行调整，节省了许多道路勘察和分析的资源。
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2.2营造逼真的虚拟环境
2.2.1在黑暗环境中还原真实效果
在一般情况下，基于成本、能耗散热、工程造价等方面的考虑，全息投影的发光设备的亮度偏暗，通常不会满负荷运行，理论上流明度更高的投影仪能够形成更加理想的效果。因为以投影仪为投射光源，它的亮度比液晶屏高了很多个级别，300流明是液晶屏的临界点，而市面上一般的普通投影仪的流明度能达到3000流明，这样就产生矛盾。为了减低成本，企业倾向使用发光LED显示屏直接提供光源，这种光源形式要求周围环境不能太亮，太亮则盖过由液晶屏幕发出的光线，对虚拟展示品造成干扰。
2.2.2对附近环境的反射效果处理
为了使虚拟展示物品在全息影像中更具真实感，需要对材质的反射效果进行相应的处理。使用三维软件进行渲染工作时，需要在主体产品的附近临时创造一个真实环境，使物体能够在此区域反射和折射。例如，将一个不锈钢球放在漆黑的屋子里，其四周都是黑色的，因此所反射出来的也是黑色，而将同样的不锈钢球放到有灯光的环境中，则其所反射出的是真实环境。因此，渲染过程中必须建立一个真实的外部环境。但需要解决的一个问题是，展示过程中产品四周都是空的，这样才能够使观众更直观的欣赏物品，不能有其它杂物。
2.2.3环境光照的解决方法
在展示产品的时候，环境光照分为两种情况:一种情况是这个物体置身于人造影棚的环境内。人造影棚的光源以面积光源为主，外观上呈现出扁平状大面积的白色，之前设定的反射材质会把这些光源反射成一块块白斑，在完成光线布置以后，选择灯光的属性，设为不可见和不被反射，由此灯光除了提供光源照度以外，自己本身的形状大小，不会被渲染出来。另一种情况是在三维软件中模拟自然光环境，我们使用HDＲ贴图照明技术来完成，利用HDＲ图片中包含的光线亮度信息来对场景中的物体进行照明。
3应用前景
（1）交通要素地理信息的采集与纠正。基于三维全息影像数据，可用于新建交通设施或改建交通设施专题要素信息的采集。在三维全息影像平台中采集，无需佩戴立体镜，效率较高，可大大缩短工期。（2）交通规划业务。在交通规划业务中，可将公路、铁路、桥梁、隧道的规划数据与三维全息影像数据进行叠加，直观的显示规划三维效果。利用无人机倾斜摄影，能快速生成规划区域的DSM、TDOM等成果，为公路选线规划提供了真实的三维背景数据，更加直观地展示规划路线与附近已存地物之间的空间关系，成本计算更可靠，对规划的合理性、可行性判断更准确。（3）交通设施养护业务。三维全息影像数据成果提供交通设施详细的单位空间状态、位置信息，交通设施BIM模型，则提供交通设施内部的组成要素、结构的全方位结构模型，两者相结合，BIM模型所有内部设施将获得准确的空间位置，这将给交通设施的养护带来极大的便利，如当巡检人员发现某枢纽表面存在裂缝时，可根据位置信息在三维全息影像平台上，结合该设施的BIM模型，专业人员对该裂缝对整体设施的影响做出更加准确的判断，从来制定维修计划。（4）路况立体监控。将交通设施摄像头，接入到三维场景中。实时动态视频与三维场景实现无缝套合，管理部门可以动态、实时、直观的查看到路况，完成人流、迁徙、车流、人流密度、以及交通流量等各类数据的动态采集，汇聚关联，统一呈现，高效的辅助用户进行道路管理决策。
结束语
综上所述，将工程项目与实景完美融合，以真实为基础的三维动画，能更加真实地展现工程建成后的效果。这一技术可广泛应用在工程项目前期投标、方案评审、方案演示等诸多方面，为决策者提供更科学的分析和评判依据，大大提高工程设计的质量和效率。
参考文献
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论文作者:张丽琴
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第08期
论文发表时间:2019/7/15
标签：全息论文; 影像论文; 交通论文; 技术论文; 环境论文; 基础设施论文; 光源论文; 《城镇建设》2019年第08期论文;